תיאוריית המפץ הגדול מייצגת את הניסיונות הטובים ביותר של הקוסמולוגים לשחזר את סיפור היקום בן 14 מיליארד השנים על בסיס רסיס הקיום הנראה כיום.
אנשים שונים משתמשים במונח "המפץ הגדול" בדרכים שונות. באופן כללי, הוא ממחיש את קשת היקום הנצפה כאשר הוא התדלדל והתקרר ממצב צפוף וחם בתחילה. תיאור זה מסתכם ברעיון שהקוסמוס מתרחב, עיקרון רחב המקביל להישרדותם של החזקים ביותר בביולוגיה שמעטים יחשבו שהם ניתנים לוויכוח.
ליתר דיוק, המפץ הגדול יכול להתייחס גם להולדת היקום הנצפה עצמו - ברגע שמשהו השתנה, ובו התחל את האירועים שהובילו להיום. קוסמולוגים התווכחו במשך עשרות שנים על פרטי אותו חלק משנייה, והדיון נמשך גם היום.
תיאוריית המפץ הגדול
במשך רוב ההיסטוריה האנושית, משקיפים בשמיים הניחו שהוא נצחי ולא משתנה. אדווין האבל ספג סיפור זה מכה ניסיונית בשנות העשרים, כאשר התצפיות שלו הראו הן כי גלקסיות מחוץ לשביל החלב היו קיימות, וכי האור שלהן נראה מתוח - סימן לכך שברחו מכדור הארץ.
ג'ורג 'למיטר, פיזיקאי בלגי בן זמננו, פירש נתונים של האבל ואחרים כעדות ליקום מתרחב, אפשרות שמותרת על ידי משוואות השדה שפורסמו לאחרונה של איינשטיין של תורת היחסות הכללית. במחשבה לאחור, למדה הסיק כי הגלקסיות המפרידות של ימינו בוודאי החלו יחד במה שכינה "האטום הקדמוני".
השימוש הציבורי הראשון במונח המודרני לרעיון של למיטר הגיע למעשה מבקר - האסטרונום האנגלי פרד הויל. ב- 28 במרץ 1949 טבע הויל את הביטוי במהלך הגנה על התיאוריה המועדפת עליו על יקום נצחי שיצר חומר לביטול דילול ההתפשטות. הויל אמר שהרעיון ש"כל חומר היקום נוצר במפץ גדול אחד בזמן מסוים בעבר הנידח ", היה לא הגיוני. בראיונות מאוחרים יותר, הויל הכחיש להמציא במכוון שם לשון הרע, אבל המוניקר דבק, הרבה לתסכול של כמה.
"המפץ הגדול הוא מונח גרוע באמת", אמר פול שטיינהרדט, קוסמולוג בפרינסטון. "המתיחה הגדולה תפס את הרעיון הנכון." הדימוי הנפשי של פיצוץ גורם לכל מיני בלבול, על פי שטיינהרדט. זה מרמז על נקודה מרכזית, גבול מתרחב וסצנה בה רסיסים קלים עפים מהר יותר מאשר נתחים כבדים יותר. אבל יקום מתרחב לא נראה כמו זה, אמר. אין מרכז, אין קצה, וגלקסיות גדולות וקטנות מתפרקות כולם באותה צורה (אם כי גלקסיות רחוקות יותר מתרחקות מהר יותר בהשפעתה הקוסמולוגית האחרונה של אנרגיה אפלה).
בלי קשר לשמה, תיאוריית המפץ הגדול מצאה הסכמה רחבה ליכולתה שאין דומה לה להסביר את מה שאנחנו רואים. איזון האור עם חלקיקים כמו פרוטונים ונויטרונים במהלך 3 הדקות הראשונות, למשל, מאפשר לאלמנטים מוקדמים להיווצר בקצב המנבא את הכמויות הנוכחיות של הליום ואטומי אור אחרים.
"היה חלון קטן בזמן בו היה אפשר להיווצר גרעינים," אמר גלני פאראר, קוסמולוג מאוניברסיטת ניו יורק. "אחר כך היקום המשיך להתפשט והם לא הצליחו למצוא אחד את השני, ולפני שהיה חם מדי."
פלזמה מעוננת מילאה את היקום במשך 378,000 השנים הבאות, עד שקירור נוסף אפשר לאלקטרונים ופרוטונים ליצור אטומי מימן ניטרליים, והערפל התפזר. האור שנפלט בתהליך זה, שנמתח מאז למיקרוגלים, הוא המוקדם ביותר שחוקרי האובייקט יכולים לחקור ישירות. חוקרים רבים ידועים כקרינת הרקע הקוסמית (CMB) של המיקרוגל, והינם עדויות החזקות ביותר למפץ הגדול.
עדכון נפיץ
אך כאשר הקוסמולוגים נדחקו שוב לרגעים הראשונים של היקום, הסיפור נפתח. משוואות היחסות הכללית הציעו נקודה ראשונית של חום וצפיפות בלתי מוגבלים - ייחודיות. בנוסף לכך שלא היה הגיוני הרבה, מקור יחיד לא תאם ל- CMB החלק והשטוח. תנודות בטמפרטורה האדירה והצפיפות של הכתם היו מייצרות שדות שמיים עם תכונות שונות, אך הטמפרטורה של ה- CMB משתנה רק בשבריר של תואר. העקמומיות של זמן-חלל נראית גם די שטוחה, מה שמרמז על איזון ראשוני כמעט מושלם של חומר ועקמומיות שלדעת רוב הקוסמולוגים בלתי סביר.
אלן גוט הציע תמונה חדשה של השבריר הראשון של שנייה בשנות השמונים, והציע כי היקום בילה את הרגעים המוקדמים שלו בצמיחה מהירה יותר מעריכו מכפי שהוא מתרחש כיום. בשלב מסוים התהליך הזה נפסק, והלבשת הבלמים הניבה בלגן צפוף וחם (אך לא עד אין סוף) של חלקיקים שתופס את מקום הייחודיות. "בראש שלי אני חושב על זה כמו המפץ הגדול, כשהיקום התחמם," אמר פאראר.
תיאוריית האינפלציה, כפי שהיא מכונה, מכילה כעת שפע של מודלים מתחרים. אף על פי שאיש לא ידע הרבה על מה שגרם ליקום להתפשט כל כך מהר, התיאוריה הפכה פופולרית בגלל יכולתה להסביר את ה- CMB חסר הסבר הבלתי-סביר לכאורה: אינפלציה שמרה על תנודות קלות (שהתפתחו לאשכולות הגלקסיה של ימינו), תוך השיטת העיקריות. "זה סיפור מתוק מאוד," אמר שטיינהרדט, שעזר בפיתוח התיאוריה. "זה זה שאנחנו מספרים לילדים שלנו."
מעבר לאינפלציה
מחקר עדכני הכניס שני קמטים בסיפור הקוסמי של תורת האינפלציה. עבודותיהם של שטיינהרדט ואחרים מראים כי האינפלציה הייתה נפסקת באזורים מסוימים (כמו היקום הנצפה שלנו) אך נמשכת באחרים, ומייצרת מערך של טריטוריות נפרדות עם "כל מערך של תכונות קוסמולוגיות שניתן להעלות על הדעת", כדברי שטיינרדט. פיזיקאים רבים חושבים שתמונת "ריבוי הגוונים" הזו לא פחות טובה, מכיוון שהיא גורמת למספר אינסופי של תחזיות בלתי ניתנות לביצוע.
בחזית הניסוי, הקוסמולוגים מצפים כי האינפלציה הייתה צריכה לייצר גלי כבידה המתפשטים על הגלקסיה ב- CMB בדיוק כפי שהיא מייצרת שינויי טמפרטורה וצפיפות קלים. הניסויים הנוכחיים צריכים להיות רגישים מספיק כדי למצוא אותם, אך אדוות החלל-זמן הקדומות לא הופיעו (למרות אזעקת שווא אחת בשנת 2014).
חוקרים רבים ממתינים למדידות CMB מדויקות יותר שעלולות להרוג, או לאמת, את דגמי האינפלציה הרבים שעדיין עומדים. עם זאת, פיסיקאים אחרים לא רואים את החלקות של הקוסמוס כבעיה בכלל - זה התחיל להיות אחיד ולא צריך שום הסבר.
בעוד ניסויים חותרים לרמות דיוק חדשות, ישנם תיאורטיקנים שפנו מהאינפלציה כדי לחפש דרכים אחרות לרסק את היקום. שטיינהרדט, למשל, עובד על מודל "ניתור גדול", שדוחף את שעון ההתחלה עוד יותר לאחור, לתקופה של התכווצות קדומה יותר שהחליקה את זמן המרחב וקבעה את הבמה להתפשטות נפץ. הוא מקווה שלעוד זמן רב מדי, חתימות חדשות, בנוסף לבעיות כמו היעדר גלי כבידה קדומים, יעמידו את הקוסמולוגים עם סיפור יצירה חדש לספר. "האם יש עוד תכונות ניתנות לצפייה לחפש?" שטיינהרדט אמר, "שאל אותי שוב בעוד כמה שנים ואני מקווה שתהיה לי תשובה."
נוסף משאבים:
